CC BY
10УДК 617.54-073 (045)
© 2013 И В.Терехов, В.И. Петросян, М.С. Громов, В.В. Масляков, Е.Б. Никитина,
С.А. Дубовицкий, С.В. Власкин
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА ЗАБОЛЕВАНИЙ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ С ПОМОЩЬЮ ТРАНС-РЕЗОНАНСНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ТОПОГРАФИИ
Ставится проблема визуализации и предлагается способ поверхностного картирования результатов диагностики по поверхности обследуемой топографической зоны в методе транс-резонансной функциональной топографии. Демонстрируется тесная связь исследуемого распределения с процессами в грудной клетке. Приводятся конкретные примеры визуализации результатов диагностики.
Ключевые слова: транс-резонансная функциональная топография, заболевания органов грудной клетки.
Введение
Разработка и внедрение в клинику новых диагностических методов с целью повышения качества распознавания патологических состояний привело к созданию трансрезонансной функциональной топографии (ТРФ-топографии). Данный метод реализует информационноволновой подход к диагностике состояния человека, его использование позволяет объективизировать процессы, протекающие в конкретной топографической зоне [1-5].
Апробация возможностей ТРФ-топографии ведутся с 2002 года, когда был изготовлен действующий комплекс программно-аппаратных средств - транс-резонансный функциональный топограф (ТРФ-топограф). ТРФ-топограф состоит из высокочувствительного радиоприемника-радиометра, совмещенного приемно-излучающего модуля (ПИМ), блока местной индикации, клавиатуры управления процессом обследования, источника питания. Он сопрягается с персональным компьютером, куда передаются результаты обследования, там же производится их обработка.
Необходимо отметить, что работы по изучению внутреннего мира человеческого организма электромагнитными полями проводились многими научными коллективами, в частности коллективом ИРЭ РАН [6,7], где с целью получения информации о функционировании организма использовались внешние электромагнитные поля. С открытием явления резонансной прозрачности водосодержащих сред для низкоинтенсивного излучения, близкого излучаемому самим организмом, стало возможным использование в клинической практике такого показателя внутренней среды живого организма как состояние «волнового» гомеостаза. Таким образом, мы имеем дело с новым диагностическим методом, в котором в качестве диагностической информации используется собственное, стимулированное излучение организма.
Целью настоящего исследования являлась разработка принципов графического представления (визуализации) результатов транс-резонансной функциональной топографии для повышения информативности и наглядности результатов обследования.
Материалы и методы
Основу исследования составляет анализ результатов обследования пациентов с острой внебольничной пневмонией и здоровых добровольцев методом ТРФ-топографии.
Для определения контрольных параметров изображений топографических областей нами была набрана контрольная группа здоровых добровольцев (п=100) - слушателей Военномедицинского института мужского пола, прошедших углубленное медицинское обследование (УМО) с проведением флюорографии органов грудной клетки. В исследование включа-
лись добровольцы, признанные по результатам УМО здоровыми, у которых отсутствовала патология органов грудной клетки. Средний возраст в группе составил 23±3 года.
В основную группу вошли 150 пациентов с острой очаговой внебольничной пневмонией, сопоставимой с основной группой по возрасту и полу, диагноз которых был верифицирован рентгенологически.
Прежде всего, опишем особенности процедуры получения диагностического радиоотклика биоткани методом ТРФ топографии.
Метод состоит в следующем. На кожную поверхность топографической области накладывается своей рабочей поверхностью ПИМ (рис. 1).
Рис. 1. Схема проведения ТРФ топографии
Принципиально важно, что в модуле используются КВЧ и СВЧ-радиоволны на обнаруженных частотах собственных колебаний молекулярных структур водной компоненты биосреды организма человека. Для внешних низко-интенсивных радиоволн на данных частотах биоткани прозрачны, и волны «транслируются» вглубь объема и из объема среды. Это так называемые резонансы прозрачности или трансляционные транс-резонансы [2]. Излучаемые ПИМ низко-интенсивные резонансные КВЧ-радиоволны частотой 65 ГГц (длина волны в пространстве 4,6 мм) плотностью мощности не более 10 мкВт/см2 служат в качестве зондирующих излучений, глубоко проникающих в биоткань. В результате взаимодействия с внутренними колебаниями молекулярных водных структур происходит перераспределение энергии КВЧ-волн и возбуждение (индуцирование) резонансных колебаний соответствующих молекулярных структур водной компоненты в СВЧ-диапазоне, которые, в свою очередь, сами становятся источником СВЧ-радиоволн. Эти излучения и представляют собой радиоотклик на зондирующие КВЧ-волны и принимаются ПИМ в качестве диагностических на резонансной частоте 1 ГГц (длина волны в пространстве 3 дм) в полосе 25 МГц при плотности мощности ~ 10-17 Вт/см2. Прием данного радиоотклика осуществляется СВЧ-радиометром. Интенсивность радиоотклика с локального участка биоткани определяется интегральным объемом молекулярной воды, продуцируемой в процессе метаболических реакций окисления углеводородов в клетках. Важно обратить внимание на то, что именно свежепродуцирован-ная вода в силу своей неравновесной, нестабилизированной молекулярной структуры является той средой, в которой происходит преобразование резонансных частот КВЧ^СВЧ. Отсюда следует, что интенсивность радиоотклика адекватна активности обменных реакций в биотканях на молекулярном, а не тепловом уровне [2,18].
Обследование пациента производится в положении сидя, в состоянии спокойного бодрствования, по стереотипной стандартизированной схеме, представленной на рис. 2.
5ГЛв л
Рис 2. Схема сканирования ПИМ по поверхности грудной клетки
Схема обеспечивает дискретную регистрацию радиоотклика с поверхности топографической области. С целью обеспечения сопоставимости результатов измерений мы используем костные ориентиры для установки ПИМ на кожную поверхность. Помимо принципа анатомической привязки точек регистрации, в схеме реализован принцип симметричности. В нашем случае количество элементов схемы (точек регистрации) по передней поверхности равно их количеству по задней поверхности. Настоящая схема построена по иерархическому принципу. Данный принцип подразумевает наличие структуры, представленной совокупностью элементов схемы, которые состоят из точек регистрации. Стоит заметить, что реализация предложенных принципов к построению схемы обследования позволяет переносить диагностический поиск на любые другие крупные анатомические области, применяя для графического представления результатов одни и те же алгоритмы, что делает методику обследования более универсальной.
Процесс обследования начинается с регистрации ТРП в надключичной области путем установки ПИМ в правую и левую надключичные ямки, затем происходит переход на среднеключичную линию. Ориентируясь в установке ПИМ на ключицу, производится последовательное, нисходящее перемещение по линии, при этом делается пять измерений до достижения реберной дуги. Затем последовательно производится регистрация радиоотклика по парастернальной линии, переход на правую средне-подмышечную линию. После регистрации радиоотклика по правой половине грудной клетки, передней ее поверхности, производится переход на левую сторону, где последовательность измерений аналогична. Регистрация со стороны спины проводится по паравертебральной и лопаточной линиям. Костными ориентирами для установки датчика по задней поверхности является верхний край лопатки. В завершении регистрируем радиоотклик с правой и левой надключичных областей.
В данном варианте регистрируется радиоотклик с 52-х точек, что занимает 5-7 минут. При более детальном обследовании возможно увеличить количество точек по анатомической линии, используя установку ПИМ на У его диаметра.
В предлагаемой нами схеме выделяем следующие структурные элементы, используемые в процессе описания результатов обследования.
1. «Уровни» (Ьх) определяются количеством точек регистрации в вертикальной плоскости. Определяют количество топографических «срезов».
2. «Срезы» (Ть) описывают результаты измерений по окружности грудной клетки на данном уровне. Число «срезов» определяется количеством уровней.
3. «Поля» (Wn) состоят из результатов измерений по передней либо задней поверхностям каждой из сторон грудной клетки (например: переднее поле правой стороны, заднее поле левой и т.д.).
Таким образом, элементы схемы формируют «радиофизический образ» топографической области, который насыщен информацией о протекающих в ней процессах.
Решение задачи визуализации результатов ТРФ-топографии идет по двум самостоятельным направлениям: поверхностное резонансно - радиоволновое картирование топографических областей и томографическое представление результатов диагностики.
Решение задачи стандартизации результатов обследования заставило нас перейти от абсолютных значений принимаемого радиоотклика к относительным. На этапе преобразования результатов измерений мы производим нормирование результатов диагностики на верхнюю границу 99% доверительного интервала максимальных значений результатов измерений для каждой из сторон грудной клетки (схемы регистрации) отдельно. Следующим шагом является получение матрицы измерений, достаточных для их графического представления. Данная задача решается путем применения процедур интерполяции (аппроксимации) бикубическими сплайнами при локальном их задании [6].
Работа с массивами измерений осуществлялась в программах Microsoft Excel, Statistika for Windows 6.0. Построение изображений осуществлялось программой AM Lab Hesperus 3.0.
Результаты и их обсуждение
По результатам регистрации радиоотклика у здоровых лиц было получено усредненное формализованное представление - радиофизический образ здорового человека, представленный на рис. 3.
Q
лз
X
о
О 6
1Л
anterior posterior
Поверхность
Рис. 3. Распределение радиоотклика по кожно проекции легочных полей в норме
В наших исследованиях усредненная норма характеризуется равномерным распределением радиоотклика по поверхности грудной клетки, четкими границами между градиентами цветовой шкалы, асимметрией сторон и симметричным отображением левых полей карты. По-видимому, имеющиеся на картах горизонтальные линии являются артефактами обработки изображений. Фоновым значениям радиоотклика (значениям, наиболее часто встречающимся на картах здоровых людей) соответствуют наиболее низкие значения, соответствующие синему концу цветовой шкалы. При анализе соотношения между противоположными
полями схемы (переднее и задние поля схемы одной стороны), нами было установлено, что имеет место значимая асимметрия в переднезаднем направлении. В среднем, переднезаднее соотношение равно 0,94±0,013, т.е. регистрируемый уровень со стороны спины превышает показатели в ней по передней поверхности. Соотношение между одноименными полями противоположных сторон в норме составило 0,99±0,01, т.е. имеет место достаточно симметричный характер радиоотклика. Стоит заметить, что у пациентов данные соотношения находились практически на том же уровне 0,93±0,015 и 0,99±0,013 соответственно. Механизм образования асимметрии мы видим в особенностях топографо-анатомического положения органов в человеческом теле. По-видимому, данное соотношение определяется наличием неподвижных анатомических структур, составляющих топографическую область.
Таким образом, обобщение результатов обследования здоровых добровольцев позволило анализировать результаты обследования пациентов, имея представление о распределении радиоотклика в норме.
Анализ результатов обследования пациентов с воспалительными заболеваниями органов дыхания установил, что патологический процесс в легочной системе существенно меняет распределение радиоотклика. При односторонних процессах имеет место нарушение распределения радиоотклика на стороне поражения. В случае двусторонних процессов имеет место изменение структуры распределения на обеих сторонах. Ограниченные воспалительные процессы (очаговые пневмонии) характеризуются наличием выраженных градиентов (контрастов) между крайними значениями цветовой шкалы, асимметричным положением на карте (на одном из полей соответствующей стороны). Диффузный воспалительный процесс характеризуется преимущественно симметричным проявлением, изменения регистрируются в обоих полях, как слева, так и справа. Так же для диффузных процессов характерным является наличие плавных переходов между крайними значениями цветовой шкалы. Фоновым значениям радиоотклика в сравнении с усредненной нормой соответствуют, в целом, большие значения, что проявляется в осветлении фона, переходе от темно-синего цвета к белому, в рамках цветовой шкалы. Для демонстрации особенностей проявления на картах различной патологии приводим следующие наблюдения.
На карте пациента с острой правосторонней пневмонией на рис. 4 можно наблюдать понижение величины радиоотклика в правой половине грудной клетки, имеющее достаточно четкую горизонтальную границу. Обращает на себя внимание снижение ТРП справа в нижних 2/3 поверхности топографического поля и видимое повышение его в верхней 1/3. Слева имеет место картина, схожая усредненной норме. На нижней карте представлено изображение пациента перед выпиской из стационара. Как видно, данное изображение весьма напоминает картину усредненной нормы здорового человека. На данной карте можно наблюдать лишь повышенные уровни радиоотклика с задней поверхности правой стороны. Левая сторона напоминает таковую на карте усредненной нормы.
Следующая карта (рис. 5) демонстрирует особенности отображения диффузных воспалительных процессов в бронхолегочной системе. Данная карта пациента с острым бронхитом. Обращает на себя внимание симметричность отображений распределения радиоотклика по карте, наличие непрерывного градиента между крайними значениями цветовой шкалы, некоторая нечеткость, размытость цветовых градиентов. Таким образом, диффузный воспалительный процесс в бронхолегочной системе, по своему характеру являющийся симметричным процессом, нашел свое отражение и на радиофизической карте в виде симметричного диффузного подъема радиофизической активности в правом и левом легком.
anterior posterior
Поверхность
а
а н о р о
6
anterior posterior
Поверхность
Рис. 4 Острая очаговая внебольничная пневмония нижней доли правого легкого
Q
(О
н
о
р
о
6
1Л
anterior posterior
Поверхность
Рис. 5. Картина диффузного воспалительного процесса. Острый бронхит
На рис. 6 демонстрируются особенности проявления невоспалительных, объемных процессов в легком. На правой стороне карты можно видеть четкую границу, разделяющую поле на две части, с минимальными и максимальными значениями радиоотклика. По передней поверхности, ближе к передней боковой линии, отмечен участок локального увеличения радиоотклика, окаймленный зоной низких значений. Данное изображение результатов обследования пациента с бронхогенной кистой (отмечено стрелкой).
Распространенные по протяженности и локализованные процессы, являющиеся воспалительными или не являющиеся таковыми, приводят к тем или иным изменениям, отраженным в представленных картах. Всех их объединяет тот факт, что сама структура распределения значимо не меняется.
а
(О
н о р о
6
1Л
anterior posterior
Поверхность
Рис. 6. Объемное образование (киста) средней доли правого легкого
Приведенное изображение на рис.7 можно охарактеризовать как достаточно однородное. Особенно это касается правой стороны, т.к. именно эта сторона характеризуется выраженной асимметрией. Изображение отличается правосторонней симметрией, отсутствием горизонтальных линий, пониженными значениями радиоотклика сторон. Данная картина отражает изменения у пациента с экссудативным плевритом. В свете морфологических проявлений наличия жидкости в плевральной полости диффузное ослабление интенсивности рисунка и «стертость» радиофизической картины представляется логичным.
На следующей карте обращает на себя внимание относительно обособленное образование, определяемое в левой половине грудной клетки. Настоящее изображение отличается от остальных наличием локального, с замкнутыми контурами, более интенсивного фонового уровня образования. Данное изображение получено у пациента с аденокарциномой левого нижнедолевого бронха, осложненного экссудативным плевритом.
В нижних отделах карты можно отметить сравнительно ровную заливку нижних отделов, левой стороны карты, значительно интенсивнее фонового уровня. Таким образом, на карте выявляются элементы, по уровню радиофизической активности несколько выше общего фонового уровня, достаточно четко на нем выделяющиеся. В сравнении с пневмоническим ограниченным воспалением, выглядящим как достаточно большая, размытая область, данное образование имеет достаточно ограниченные замкнутые контуры (рис. 8).
т
н
о
р
о
із
1Л
Рис. ?. Правосторонний экссудативный плеврит
а
о
т
о
■а
о
X
ш
S
anterior posterior
Поверхность
Рис. 8. Аденокарцинома левого нижнедолевого бронха Т3М2Мх
Подводя итог, можно отметить, что на картах находят свое отражение, как постоянные элементы, прослеживающиеся на всех изображениях, так и динамические, появление которых связано с протеканием различных процессов в организме. Степень симметричности процесса на карте (в пределах стороны), по-видимому, свидетельствует о вовлечении в патологический процесс симметричных анатомических структур.
Таким образом, можно сделать следующие выводы.
1. Разработанная схема обследования обеспечивает удовлетворительную повторяемость результатов измерения радиоотклика.
д
1
anterior
posterior
Поверхность
2. Использование визуализации результатов измерений радиоотклика позволило выявить особенности распределения радиоотклика при разных клинических состояниях и в норме.
Заключение
Анализ результатов поверхностного картирования позволяет надеяться, что благодаря простоте и ненагрузочности для пациента, высокой чувствительности к патологическим изменениям транс-резонансной функциональной топографии, графическое представление результатов обследования методом транс-резонансной функциональной топографии будет широко использовано в дифференциальной диагностике различных патологических состояний внутренних органов. Разработанные методические подходы к обследованию пациента позволили стандартизировать диагностическую процедуру и получить сопоставимые для анализа графические изображения результатов обследования.
В рамках дальнейшего развития визуализирующих подходов ведутся работы над разработкой томографического способа представления результатов исследования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Транс-резонансная функциональная топография. Биофизическое обоснование / Петросян В.И., Громов М. С., Власкин С.В., Благодаров А.В. // Миллиметровые волны в биологии и медицине, 2003. №1 (29). С. 23-26.
2. Громов М.С. Оптимизация хирургической помощи больным распространённым раком желудка в общехирургическом стационаре: Автореф. дис. ... докт. мед. наук. М.: Ин-т. 2003. 43 с.
3. Бакуткин В.В., Киричук В.Ф., Петросян В.И., Папенко Е.Ю. Использование волн ММ-диапазона в диагностике постхирургических передних увеитов // Миллиметровые волны в медицине и биологии, 2004. №4 (36). С. 52-58.
4. Компьютерный анализ в ТРФ топографии для дифференциации и локализации очагов патологии в маммологии и пульмонологии / Терехов И.В., Петросян В.И, Никитина Е.Б., Плохов В.Н., Громов М.С. и др. // Миллиметровые волны в биологии и медицине, 2005. №1 (37). С. 56-66.
5. К вопросу о методике визуализации результатов исследования в ТРФ-топографии / Громов М.С., Терехов И.В., Гладышев Ю.М., Никитина Е.Б. и др. // Актуальные вопросы военной медицины и военно-медицинского образования: Сборник научных работ / под общ. ред. В.А.Решетникова. - Саратов: Сарат. Воен.-мед. ин-т, 2005. С. 124-125.
6. Корженевский А.В., Черепенин В. А. Магнитоиндукционная томография // Журнал радиоэлектроники, 1998. №1. С. 36-43.
7. Якубов В.П., Славгородский С.А. Модель радиоволнового томографа // Журнал радиоэлектроники, 2001. №10. С. 21-34.
